一種面向幼兒的早教陪護機器人系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及幼兒教育領(lǐng)域，具體涉及一種面向幼兒的早教陪護機器人系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前市面上對嬰幼兒的教育大多采用面對面的親子教育或者小伙伴之間的交流，由幼兒的父母或者親人進行，雖然一般能達(dá)到良好的教育效果，但也存在著兩大缺陷:一方面，幼兒教育是一個循序漸進專業(yè)的過程，部分父母沒有經(jīng)驗，加之精力有限，忽略了孩子的早期智力開發(fā)；另一方面，幼兒教育需要占用父母大量的精力，有時父母很難在工作與生活之間做到兩全其美。
[0003]根據(jù)國家統(tǒng)計局的資料，我國大陸地區(qū)0-12歲的兒童約1.9億人，每年出生的人口在1600萬左右。十八屆三中全會之后，單獨二孩政策已在各地陸續(xù)正式實施，孩子的數(shù)量會在現(xiàn)有基礎(chǔ)上，還會有一定幅度的增加，因此，大力發(fā)展網(wǎng)絡(luò)型智能早教陪護機器人，發(fā)揮他們在陪護和啟蒙教育、保證嬰幼兒的安全等方面的作用將是社會發(fā)展的必然要求，這對于減輕父母們的負(fù)擔(dān)，提高嬰幼兒的教育質(zhì)量具有重要作用，社會意義重大。
[0004]中國專利申請201410245983.5公開的開發(fā)嬰幼兒智力的遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)及方法(申請日:2014-6-5)，公開了一種通過攝錄裝置將嬰兒視頻上傳服務(wù)器，服務(wù)器處理后下發(fā)控制信號給表現(xiàn)裝置進而完成遠(yuǎn)程教學(xué)的方法，但是他沒有語音識別功能，視頻傳輸?shù)奶幚矸椒ㄅc本機器人也不同。
[0005]中國專利申請201310095857.1公開的兒童早教益智系統(tǒng)(申請日:2013.3.25)公開了用于兒童教學(xué)的語音識別的一般方法，不能進行語調(diào)和情緒的識別，也不能進行語義識別，功能上也沒有本申請?zhí)岢龅呢S富可擴展。
[0006]中國專利申請201310175261.2公開的一種智能互動早教系統(tǒng)(申請日:2013.5.14)公開了一種由學(xué)習(xí)課件和機器人組成的早教系統(tǒng)，控制指令采用藍(lán)牙方式，學(xué)習(xí)課件由flash進行展現(xiàn)，并不具有語音識別和遠(yuǎn)程看護功能，控制方式也不相同，教學(xué)內(nèi)容的展現(xiàn)方式和更新方式也不同于本申請。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明公開了一種面向幼兒的早教陪護機器人系統(tǒng)，本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)機器人對嬰幼兒的科學(xué)啟蒙、娛樂陪護以及遠(yuǎn)程看護等功能。
[0008]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的具體方案如下:
[0009]一種面向幼兒的早教陪護機器人系統(tǒng)，包括作為服務(wù)器端的底層控制系統(tǒng)及作為客戶端的機載平板系統(tǒng)，底層控制系統(tǒng)通過接口與機載平板系統(tǒng)進行通信實現(xiàn)命令包和數(shù)據(jù)包的交換，客戶端通過網(wǎng)絡(luò)與遠(yuǎn)程終端進行實時通信；
[0010]機載平板系統(tǒng)經(jīng)語音識別智能感知幼兒情緒，根據(jù)識別的用戶情緒通過機載平板系統(tǒng)的顯示裝置展現(xiàn)多種表情實現(xiàn)娛樂陪護的功能；
[0011]所述底層控制系統(tǒng)包括主控核心單元及作為冗余配置的監(jiān)控核心單元，主控核心單元與機載平板系統(tǒng)進行通信，接受并解析客戶端下達(dá)的運動指令，利用電機驅(qū)動單元驅(qū)動電機按照設(shè)定的速度運動，并將機器人的運行情況返回客戶端，監(jiān)控核心單元與主控核心單元進行實時通信。
[0012]所述機載平板系統(tǒng)通過無線裝置與路由器通信，路由器通過公網(wǎng)服務(wù)器與遠(yuǎn)程終端進行實時通信。
[0013]所述機載平板系統(tǒng)包括情緒交互系統(tǒng)、遠(yuǎn)程看護系統(tǒng)及早教單元系統(tǒng)；
[0014]所述情緒交互系統(tǒng)通過機載麥克接收用戶的語音信息并根據(jù)接收的語音信息通過語音識別和語義識別感知用戶情緒，結(jié)合表情動畫通過顯示裝置做出對應(yīng)的信息反饋；
[0015]所述遠(yuǎn)程看護系統(tǒng)，遠(yuǎn)程終端通過與客戶端進行通信，實時查看客戶端拍攝視頻的同時可以向客戶端發(fā)送運動控制指令；
[0016]所述早教單元系統(tǒng)，根據(jù)用戶年齡和已有用戶數(shù)據(jù)來推送適用的教學(xué)資源，同時為了保證內(nèi)容的豐富性，服務(wù)器會定時推送最新應(yīng)用及資源，方便用戶自主選擇下載。
[0017]所述主控核心單元包括主處理器，主處理器通過RS232與客戶端進行通信，解析出速度設(shè)定值，同時捕獲碼盤的脈沖數(shù)，得到電機的實際速度，構(gòu)成速度閉環(huán)控制系統(tǒng)，根據(jù)速度設(shè)定值和實際速度值，每隔設(shè)定的時間進行一次PID運算，通過PWM調(diào)制方式控制電機的轉(zhuǎn)速。
[0018]所述監(jiān)控核心單元包括冗余處理器，冗余處理器捕獲碼盤脈沖數(shù)，解析電機的實際速度，并與主處理器解析的速度值進行比較，當(dāng)兩者不一致時，根據(jù)故障處理機制及時處理異常，主處理器和冗余處理器之間定期進行數(shù)據(jù)傳輸，當(dāng)冗余處理器接收不到主處理器發(fā)送的數(shù)據(jù)或者接收到錯誤數(shù)據(jù)時，冗余處理器及時復(fù)位主處理器。
[0019]所述主處理器與避障和防跌落電路、觸摸電路及電機驅(qū)動電路相連，所述避障和防跌落單體電路與防跌落傳感器相連，觸摸電路與觸摸傳感器相連，電機驅(qū)動電路與電機相連。
[0020]所述電機驅(qū)動電路包括兩個相同結(jié)構(gòu)的驅(qū)動電路，驅(qū)動電路包括左輪驅(qū)動電路及右輪驅(qū)動電路，所述左輪驅(qū)動電路及右輪驅(qū)動電路的輸出端與與門的輸入端相連，所述與門的輸出端與主處理器及冗余處理器相連，從而能實時監(jiān)控電機兩端電流情況，防止電機過流。
[0021]所述避障和防跌落電路，包括兩部分單體電路，電路采用一對紅外發(fā)射及接收管作為避障和防跌落主要功能單元，經(jīng)過電阻分壓得到參考電壓，利用雙運算放大器TS922組成的電壓比較器電路進行電壓對比，并在輸出端加上濾波及防抖動電路。
[0022]所述冗余處理器與聲光報警電路、過流檢測電路、過熱檢測電路及開關(guān)電路相連，當(dāng)檢測到過流、過熱及電池電壓過低狀況時，關(guān)斷開關(guān)電路，切斷電池供電。
[0023]所述開關(guān)電路與電源管理單元相連，電源管理單元包括電池、開關(guān)電路、保護電路、電量檢測及上傳電路，電池與保護電路相連，保護電路和電量檢測上傳電路均與開關(guān)電路相連，開關(guān)電路與電機相連，所述開關(guān)電路與能夠?qū)㈦妷恨D(zhuǎn)換為5V的DC/DC電路相連，能夠?qū)㈦妷恨D(zhuǎn)換為5V的DC/DC電路與能夠?qū)㈦妷恨D(zhuǎn)換為3.3V的DC/DC電路及7寸電容觸摸顯示屏相連，能夠?qū)㈦妷恨D(zhuǎn)換為3.3V的DC/DC電路與安裝在機器人底部和前部的紅外避障防跌落、觸摸傳感器及主控核心單元相連。
[0024]利用遠(yuǎn)程看護系統(tǒng)進行遠(yuǎn)程看護時，公網(wǎng)服務(wù)器啟動兩個監(jiān)聽，一個是主連接監(jiān)聽，一個是協(xié)助打洞監(jiān)聽，遠(yuǎn)程終端通過身份驗證后，遠(yuǎn)程終端和客戶端都會和公網(wǎng)服務(wù)器保持主連接暢通，當(dāng)遠(yuǎn)程終端需要連接客戶端時，需要借助服務(wù)器的協(xié)助打洞端口，將遠(yuǎn)程終端通過網(wǎng)絡(luò)地址翻譯后的公網(wǎng)IP通知給客戶端，然后客戶端嘗試與遠(yuǎn)程終端進行連接，同時在相同的端口啟動偵聽，并通過公網(wǎng)服務(wù)器將經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)地址翻譯的IP通知給遠(yuǎn)程終端，當(dāng)遠(yuǎn)程終端主動連接機器人時，機器人會允許連接，網(wǎng)絡(luò)打洞成功，首先連接客戶端的默認(rèn)為主客戶端，在查看客戶端拍攝視頻的同時可以向客戶端發(fā)送運動控制指令，其他連接為從客戶端，只能查看機器人的拍攝視頻和當(dāng)前狀態(tài)，不能進行運動控制，當(dāng)主客戶端下線后，公網(wǎng)服務(wù)器會通知其他從客戶端使其通過申請成為主客戶端。
[0025]所述情緒交互系統(tǒng)在android平臺上實現(xiàn)語音識別，通過SQLite數(shù)據(jù)庫構(gòu)建了聊天知識庫，語音識別有離線識別和在線識別兩種模式，當(dāng)處于離線模式時，系統(tǒng)需要建立語法文件，其中定義語音識別語句，當(dāng)系統(tǒng)從采集到的語音中識別到有效語句時，會翻譯成對應(yīng)文字，語義理解及情感分析單元進行中文分詞，加載情感詞典、程度副詞詞典、否定詞詞表和關(guān)聯(lián)詞詞表，識別句子中的每一個情感詞，并以情感詞為中心滑動檢測周邊副詞及否定詞情況，最后對所有情感詞及其修飾詞的情感值累加，得到當(dāng)前句子的情感值，判斷出用戶當(dāng)前的情緒，傳給情緒表現(xiàn)單元，當(dāng)處于在線模式時，可直接將識別的語句上傳至服務(wù)器，由服務(wù)器分析感知用戶情緒，進而從網(wǎng)絡(luò)抓取相關(guān)內(nèi)容并回傳至機器人系統(tǒng)，在判斷出用戶情緒后，情緒表現(xiàn)單元通過切換動態(tài)臉部表情和擬人化的手勢，配合定制的個性化語音，使機器人做出合理的反應(yīng)，在用戶情緒低落的時候給與安慰，在用戶情緒消沉?xí)r進行鼓勵，使用戶在與機器人交流過程中感到舒心。
[0026]本發(fā)明的有益效果:
[0027]本發(fā)明早教系統(tǒng)采用分齡分階的設(shè)計思想，根據(jù)兒童不同年齡段的性格特點和興趣愛好，設(shè)計出